一种多功能X射线衍射仪原位电池反应室及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种多功能X射线衍射仪原位电池反应室，包括：基座，中部为圆型基座通槽，圆型基座通槽相较于基座的外围部分，形成向上的圆环型凸起；负极底座，中部具有内螺纹的圆型底座通槽，底座通槽相较于底座的外围部分形成向下的圆环型凸起；基座通槽与底座通槽配合连接，底座通槽的底端套入基座通槽内；负极，为具有外螺纹的柱体结构，上端伸入底座通槽内，与底座通槽螺纹连接。避免了使用产生剧毒的铍窗，实现了不同气体气氛下电池的原位XRD检测，避免电极材料和集流体接触不良的问题；该原位XRD电池反应室可以用于多种电池的两电极体系测试。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能X射线衍射仪原位电池反应室及应用
本专利技术属于电池的原位XRD测试
，具体涉及一种多功能X射线衍射仪原位电池反应室及应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。可充电电池作为一种有效的电化学能源存储器件越来越受到科研工作者的重视，电极材料作为可充电电池的重要组成部分，在电池的充放电过程中发挥了至关重要的作用。在电池的充放电过程中，电极材料的微观结构会不断发生变化，例如晶格常数的改变、物相的变化等，将这些内部微观结构的变化和反应条件实时对应起来，有利于理解电池反应过程中的电极过程、催化机理以及界面反应等。原位XRD可以监测到在电池的充放电过程中电极材料的衍射图谱随着电极反应进行的实时变化，由此可以推断出电极反应过程中的产物以及物相的变化，有利于揭示电池充放电反应的机理，设计开发高性能的电极材料。在进行电池的原位XRD测试时，电池的反应室是一种决定测试结果的重要组件，其设计和组装也是困扰人们的一项难题。近年来，国内外已有一些对于原位XRD反应池的研究，并有些已经商品化。国外的已有设计中，多数价格昂贵，操作复杂，例如日本理学；国内的商品化的反应池除了多数使用铍窗容易引起环境污染外，多数都存在功能单一或电极材料和集流体接触不良问题，难以实现真正意义上的不同气氛下的原位XRD测试。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种多功能X射线衍射仪原位电池反应室及应用。本专利技术提供的是一种设计简单、使用方便、可以测试在不同气体氛围下使用的多功能原位XRD电池反应池。该原位反应池不仅可以用于两电极体系，也可用于三电极体系。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：第一方面，一种多功能X射线衍射仪原位电池反应室，包括：负极底座，中部开设圆型底座通槽，底座通槽相较于底座的外围部分形成向下的圆环型凸起。负极，为具有外螺纹的柱体结构，上端伸入底座通槽内，与底座通槽连接。该柱体有两个贯通上下的开孔，上端有蚊香结构的环形突起。正极底座，扣合在负极底座的上端面，正极底座的中部设置开口，开口与负极相对，正极底座的顶部设置两端开口的凹槽，凹槽由开口分别向两侧延伸至正极底座的边缘形成，凹槽的宽度与圆形开口的宽度相同。基座，中部开设基座通槽，基座通槽相较于基座的外围部分，形成向上的圆环型凸起。中间环形突起的环壁上有孔，孔贯通环的内外径。本专利技术的原位电池反应室，解决了现有的原位电池反应室功能单一、集流体固定、测试的电池种类单一的问题。本专利技术的原位电池反应室不使用产生剧毒的铍窗，可实现不同种类电池的小角度原位XRD测试。第二方面，上述原位电池反应室在原位电池的XRD检测中的应用，可以确定电池在充放电过程中电极材料的晶体类型和参数变化。本专利技术的有益效果：本专利技术的设计解决了现有的电池原位XRD检测使用铍窗，给操作者带来较大的危险性的问题。正极底座上创新设计了一种凹槽的结构，配合中间的开口，XRD射线可以沿着凹槽入射和出射，实现低角度XRD的检测；本专利技术设计了一种可以在不同气体气氛下使用的多功能原位XRD电池反应室，本专利技术中负极、负极底座和正极底座之间形成的腔室，可以直接通过负极上两个贯通孔通入气体和输出气体，可以随时方便切换不同的气体，实现不同气体氛围下电池的原位XRD检测，检测范围更加的广泛，应用范围较广；本专利技术的反应室通过调整负极的位置，可以方便的调节电池反应室的空间而不会引起电极材料和集流体接触不良的问题，提高了检测的准确性和稳定性；该原位XRD电池反应室可以用于多种电池的两电极体系测试。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术的原位电池反应室的整体结构图；图1a为整体结构侧视剖视图，图1b为俯视图；图2为本专利技术的原位电池反应室的基座的结构图；图2a为侧视图；图2b为俯视图；图3为本专利技术的原位电池反应室的负极底座的结构图，图3a为侧视图；图3b为俯视图；图4为本专利技术的原位电池反应室的负极的结构图，图4a为侧视图，图4b为蚊香盘结构面的俯视图；图5为本专利技术的原位电池反应室的正极底座的结构图，图5a为俯视图；图5b为侧视图；图6为本专利技术的原位电池反应室的螺丝的结构图；图7为本专利技术的原位电池反应室的固定螺栓的结构图，图7a为侧视图，图7b为俯视图；其中，1、负极底座，2、负极，3、正极底座，4、开口，5、凹槽，6、基座，7、底座通槽，8、基座通槽，9、贯通孔，10、螺丝，11、蚊香盘结构，12、流动通道，13、卡槽，14、固定螺栓，15、导线，16、弹性垫圈。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。现有的原位电池存在的问题：1.现有的原位电池利用弹簧挤压电极片，使得正负极接触。然而，由于不同类型弹簧系数不同，且可能因为弹性疲劳而造成施加在正负极之间的力不够，造成电极材料与集流体间接触不良的问题。如果施加在弹簧上的力太大，则会把集流体压破。2.现有原位电池多利用铍窗进行原位电池进行XRD测试，虽然铍窗具有X射线透过率高，衍射信号强的特点，但是铍窗在处理过程中容易产生剧毒，而且铍窗只能应用在锂电池中。目前使用的聚酰亚胺膜(Kapton膜)窗口，由于聚酰亚胺膜(Kapton膜)的背景信号强，容易掩盖样品峰，造成干扰。如图1a所示，本专利技术的结构包括正极底座3、负极底座1和负极2，本专利技术的反应室可以实现不使用铍窗的XRD检测，本专利技术的反应室中集流体可以灵活更换，不用必须使用铍窗，而且能够达到较好的低角度XRD测量，具体分析如下：如图1b和图5a和图5b所示，本专利技术相比于现有技术在正极底座上设置了凹槽5，凹槽5由中间的开口4向两侧延伸形成，开口4为窗口，是X射线的入射口。凹槽5位于正极底座3的开口的两侧，XRD射线从凹槽5的两侧沿着凹槽5入射或出射，通过窗口进入内部进行测试，凹槽5的方向也是X射线的出射方向，凹槽5的底部较薄，能够保证X射线能够以足够低的角度入射和出射，这样即使不使用铍窗作为集流体，同样实现了低角度X射线的入射和出射。本专利技术中通过开口的设计可以实现多种类型窗口材料的方便更换和低角度测试。可以满足锂离子电池、锌离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能X射线衍射仪原位电池反应室，其特征在于：包括：/n负极底座，中部开设圆型底座通槽，底座通槽相较于底座的外围部分形成向下的圆环型凸起；/n负极，为具有外螺纹的柱体结构，上端伸入底座通槽内，与底座通槽连接；/n正极底座，扣合在负极底座的上端面，正极底座的中部设置开口，开口与负极相对，正极底座的顶部设置两端开口的凹槽，凹槽由开口分别向两侧延伸至正极底座的边缘形成，凹槽的宽度与圆形开口的宽度相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能X射线衍射仪原位电池反应室，其特征在于：包括：
负极底座，中部开设圆型底座通槽，底座通槽相较于底座的外围部分形成向下的圆环型凸起；
负极，为具有外螺纹的柱体结构，上端伸入底座通槽内，与底座通槽连接；
正极底座，扣合在负极底座的上端面，正极底座的中部设置开口，开口与负极相对，正极底座的顶部设置两端开口的凹槽，凹槽由开口分别向两侧延伸至正极底座的边缘形成，凹槽的宽度与圆形开口的宽度相同。


2.根据权利要求1所述的多功能X射线衍射仪原位电池反应室，其特征在于：开口的横截面积小于底座通槽的横截面积，正极底座中间的开口可以为圆形或方形等形状。


3.根据权利要求1所述的多功能X射线衍射仪原位电池反应室，其特征在于：正极底座为板体结构，凹槽的底部的厚度为0.8-1.2mm。


4.根据权利要求1所述的多功能X射线衍射仪原位电池反应室，其特征在于：原位电池反应室包括基座，基座中部设置基座通槽，基座通槽相较于基座的外围部分，形成向上的圆环型凸起，负极底座的底座通槽一端伸入基座通槽。


5.根据权利要求4所述的多功能X射线衍射仪原位电池反应室，其特征在于：
基座通槽的内径略大于负极底座通槽的外径，负极底座通槽通过套入基座通槽连接，基座的基座通槽底部开口的直径小于基座通槽的内径。


6.根据权利要求4所述的多功能X射线衍射仪原位电池反应室，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：马继臻，张进涛，陈松，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37